本文關(guān)鍵詞：仿生溝槽及超疏水表面減阻設(shè)計研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著環(huán)境污染的日益加重,不可再生資源的日益枯竭,低碳環(huán)�？沙掷m(xù)發(fā)展模式已經(jīng)成為人類的共同追求的目標(biāo)。因此，節(jié)能減排成為當(dāng)今社會的熱門話題。然而，減小航行體在海洋運(yùn)動的阻力可以實(shí)現(xiàn)上述目的。在諸多減阻領(lǐng)域中，仿生減阻技術(shù)具有良好的效果，并且成本低，易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，成為最熱門的研究對象。航行體的減阻就是通過盡可能的降低表面摩擦力。其中具有代表性的有仿生溝槽減阻技術(shù)和超疏水表面減阻技術(shù)。目前這兩項減阻技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到船艦、管道運(yùn)輸、體育比賽等其他領(lǐng)域。本論文依據(jù)仿生學(xué)原理，把仿生減阻的形貌抽象為矩形，來研究溝槽的幾何尺寸和來流速度對流體狀態(tài)和減阻效果的影響。通過采用ANSYS-workbench、ANSYS-ICEM、ANSYS-Fluent軟件對其尺寸、網(wǎng)格進(jìn)行建模、劃分和模擬，分析了溝槽的尺寸對流速的速度梯度的影響，并且溝槽對流體壓差阻力的影響。結(jié)果表明：矩形溝槽使流體產(chǎn)生的滾珠式的渦流，同時降低了流體與壁面之間的速度梯度，進(jìn)而減小了流體的粘性阻力。但是，由于溝槽的存在流體會對溝槽的前后壁面產(chǎn)生壓差阻力，通過模擬發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溝槽的寬度為0.1~1mm，高度在大于5mm時溝槽具有減阻作用，最大減阻效果為30%。超疏水表面具有很多優(yōu)異的性能并廣泛應(yīng)用于工業(yè)和人們的生活中，特別是其減阻性能。通過研究發(fā)現(xiàn)超疏水表面必須具備以下特點(diǎn)：a具有維納復(fù)合結(jié)構(gòu)，b具有低的表面能，關(guān)鍵是結(jié)構(gòu)的制備。本論文采用電弧噴涂制備超疏水涂層的形貌，并采用十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷對其進(jìn)行低表面修飾，，得到最大接觸角為151°。采用阻力測試儀對其阻力測試，來探究疏水表面對阻力性能的影響，同時研究不同水壓下的減阻效果。
【關(guān)鍵詞】：粘性阻力 壓差阻力 數(shù)值模擬 超疏水制備 超疏水涂層減阻
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1. 緒論9-27
• 1.1 引言9-10
• 1.2 仿生減阻機(jī)制的研究現(xiàn)狀10-13
• 1.3 仿生減阻的研究現(xiàn)狀13-18
• 1.3.1 仿生溝槽減阻研的究現(xiàn)狀16-17
• 1.3.2 仿生減阻—二維溝槽減阻的研究現(xiàn)狀17-18
• 1.4 超疏水表面減阻的研究現(xiàn)狀18-20
• 1.5 超疏水的制備方法20-23
• 1.5.1 刻蝕法20-21
• 1.5.2 電化學(xué)法21-22
• 1.5.3 溶膠-凝膠法22
• 1.5.4 超疏水制備方法的對比22-23
• 1.6 仿生減阻在實(shí)際中的應(yīng)用23-25
• 1.6.1 氣泡減阻23-24
• 1.6.2 高分子聚合物減阻24-25
• 1.6.3 柔性壁面減阻25
• 1.7 本文研究內(nèi)容25-27
• 2. 仿生非光滑表面數(shù)值模擬計算27-35
• 2.1 引言27
• 2.2 模型建立27-28
• 2.3 流體邊界層劃分及性質(zhì)28-31
• 2.4 近壁區(qū)的網(wǎng)格劃分31-32
• 2.5 全局網(wǎng)格的劃分32-33
• 2.6 湍流模型的選擇33
• 2.7 邊界條件的選擇和設(shè)置33-35
• 3. 不同結(jié)構(gòu)減阻的模擬及分析35-51
• 3.1 引言35
• 3.2 仿生溝槽對流場狀態(tài)的影響及分析35-40
• 3.3 仿生溝槽對流場速度梯度的影響及分析40-42
• 3.4 仿生溝槽對流場壓強(qiáng)差的影響及分析42-46
• 3.5 不同結(jié)構(gòu)仿生溝槽減阻性能的模擬對比46-50
• 3.6 本章結(jié)論50-51
• 4. 超疏水減阻51-62
• 4.1 實(shí)驗步驟51
• 4.2 電弧噴涂工藝對表面粗糙及疏水性能影響的研究51-55
• 4.3 硅氧烷自組裝修飾 Zn-Al 合金涂層的疏水機(jī)理分析55-57
• 4.4 超疏水對減阻性能的影響研究57-61
• 4.4.1 實(shí)驗裝置與測試儀器57-59
• 4.4.2 實(shí)驗測試及結(jié)果分析59-61
• 4.5 本章小結(jié)61-62
• 結(jié)論62-64
• 參考文獻(xiàn)64-72
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文及所取得的研究成果72-73
• 致謝73-75

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：257909